Visualizações: 352 Autor: Editor do site Horário de publicação: 22/05/2020 Origem: Site
Na produção diária e na vida, sensores ultrassônicos de alcance são amplamente utilizados para radar de reversão de carros, prevenção de obstáculos de robôs, medição de construção, detecção de nível de líquido, medição de profundidade de poço, medição de comprimento de tubulação e outras aplicações de medição de distância sem contato.
O método principal de alcance do sensor ultrassônico é a medição do tempo de voo. O sensor emite um pulso ultrassônico, recebe o eco refletido de um alvo, mede o tempo de ida e volta e calcula a distância a partir da velocidade do som.
Os sistemas de alcance ultrassônico comuns geralmente são baseados em um microcomputador de chip único, controlador incorporado ou CPLD. Não importa qual plataforma de controle seja usada, o projeto básico deve primeiro compreender o alcance do eco ultrassônico, a velocidade do som, a compensação de temperatura, a zona cega e as condições de reflexão do alvo.
Um sensor ultrassônico converte sinais elétricos em ondas ultrassônicas e converte os ecos ultrassônicos recebidos de volta em sinais elétricos. Ondas ultrassônicas são ondas mecânicas com frequências acima de 20kHz. Eles têm forte direcionalidade, perda lenta de energia e distância de propagação relativamente longa em meios aéreos, líquidos ou sólidos.
Quando uma onda ultrassônica atinge um obstáculo, interface, superfície líquida ou alvo sólido, parte da onda é refletida de volta como um eco. O elemento receptor detecta esse eco e o circuito de controle calcula a distância a partir do tempo de viagem medido.
Como a medição de distância ultrassônica é sem contato, de baixo custo e adaptável a muitos materiais, ela fornece um equilíbrio útil entre resposta em tempo real, precisão, confiabilidade e preço.
O método de medição ultrassônica mais comum é o método de detecção de tempo de ida e volta, também chamado de medição de tempo de voo ou ToF. O sensor envia um pulso ultrassônico em uma direção e inicia a cronometragem. Quando o eco retorna, o sistema para de cronometrar e calcula a distância de mão única.
Se s é a distância entre o sensor e o alvo medido, t é o tempo de ida e volta medido e v é a velocidade de propagação do som, a fórmula da distância é:
s = v × t / 2
A divisão por 2 é necessária porque o pulso ultrassônico viaja do sensor para o alvo e depois retorna do alvo para o sensor. O tempo medido é o tempo total de ida e volta, não o tempo de viagem só de ida.
Para medição de distância ultrassônica de alta precisão, a compensação de temperatura é importante porque a velocidade do som no ar muda com a temperatura. O ar quente aumenta a velocidade do som, enquanto o ar frio a diminui.
Uma fórmula de compensação de temperatura comumente usada é:
v = 331,4 + 0,607T
Nesta fórmula, T é a temperatura ambiente em °C e v é a velocidade do som em m/s. Adicionar compensação de temperatura pode reduzir erros de medição, especialmente em ambientes externos, industriais ou de temperatura variável.
| Método | Como funciona | Melhor uso |
|---|---|---|
| Método de tempo de voo | Mede o tempo entre a transmissão ultrassônica e a recepção do eco. | Medição de distância, detecção de obstáculos, medição de nível de líquido. |
| Método de detecção de fase | Calcula a distância a partir da diferença de fase entre as ondas emitidas e recebidas. | Sistemas de medição de curto alcance e de alta resolução. |
| Método de amplitude de eco | Analisa a força do sinal ultrassônico refletido. | Detecção de alvo, análise de reflexão de material, julgamento da qualidade do sinal. |
| do fator de precisão do sensor ultrassônico | na | dica de otimização de medição |
|---|---|---|
| Temperatura | Altera a velocidade do som e causa erro de distância. | Use compensação de temperatura no algoritmo de controle. |
| Zona cega | Alvos muito próximos podem não ser detectados corretamente devido ao toque do transdutor. | Escolha um sensor ultrassônico de pequena área cega para medições de curto alcance. |
| Ângulo alvo | Superfícies angulares podem refletir o eco para longe do receptor. | Mantenha o sensor o mais perpendicular possível à superfície alvo. |
| Material alvo | Materiais macios, porosos ou absorventes de som reduzem a intensidade do eco. | Teste o material alvo real durante a validação do produto. |
| Ruído ambiental | Outras fontes ultrassônicas ou vibração podem causar leituras falsas. | Use filtragem, blindagem e lógica de amostragem adequada. |
| Água, poeira e corrosão | Ambientes adversos podem reduzir a vida útil do sensor e a qualidade do sinal. | Use sensores ultrassônicos à prova d'água e resistentes à corrosão quando necessário. |
Uma estrutura de alcance ultrassônico comum usa um cabeçote de transmissão e um cabeçote de recepção. O transmissor emite ondas ultrassônicas e o receptor detecta o eco refletido. Esta estrutura é simples e adequada para muitas aplicações gerais de medição de distância.
Alguns sistemas usam vários cabeçotes de transmissão com um cabeçote de recepção ou vários módulos de sensores dispostos em uma matriz. Este projeto pode melhorar a cobertura de detecção, reduzir pontos cegos e suportar cenários de medição mais complexos, como navegação de robô ou detecção de nível de líquido multiponto.
Radar de reversão de automóveis e sistemas de assistência ao estacionamento.
Evitação de obstáculos do robô e navegação automática.
Medição de nível de líquidos em tanques, contêineres e equipamentos industriais.
Profundidade do poço, comprimento da tubulação e medição do canteiro de obras.
Detecção de objetos em equipamentos de automação e linhas de produção.
Sensor de distância à prova d'água em ambientes externos ou úmidos.
Os sensores ultrassônicos são populares porque suportam medição sem contato, têm um princípio de funcionamento simples e podem detectar muitos alvos sólidos e líquidos, independentemente da cor ou transparência. Eles também são econômicos em comparação com algumas soluções de medição óptica ou a laser.
Com um sensor ultrassônico de pequeno ângulo e pequena zona cega, o sistema pode obter medições mais precisas em espaços compactos. Projetos à prova d'água e resistentes à corrosão também tornam os sensores ultrassônicos úteis em aplicações de nível de líquido, externas e industriais.
O princípio da medição de distância ultrassônica é enviar ondas ultrassônicas em direção a um alvo, receber o eco refletido, medir o tempo de ida e volta e calcular a distância usando a velocidade do som. A fórmula básica é s = v × t / 2.
Para obter um alcance ultrassônico mais preciso, os projetistas devem considerar a compensação de temperatura, a zona cega, o ângulo do alvo, a reflexão do material, o ruído ambiental e a instalação do sensor. A seleção correta do sensor e o processamento do sinal podem melhorar a estabilidade da medição em aplicações reais.
O método de alcance do sensor ultrassônico mede a distância enviando um pulso ultrassônico, recebendo o eco refletido e calculando a distância a partir do tempo de viagem do som. Isso também é chamado de tempo de voo ultrassônico ou faixa de eco.
A fórmula básica da distância ultrassônica é s = v × t / 2 . Nesta fórmula, s é a distância, v é a velocidade do som e t é o tempo de ida e volta medido do pulso ultrassônico.
O sensor mede o tempo total que a onda ultrassônica leva para viajar até o objeto e retornar. Como se trata de uma viagem de ida e volta, o resultado deve ser dividido por 2 para obter a distância unidirecional entre o sensor e o alvo.
A temperatura altera a velocidade do som no ar. Se a temperatura mudar, mas o sistema ainda usar uma velocidade sonora fixa, a distância calculada terá erro. A compensação de temperatura ajuda a melhorar a precisão do alcance ultrassônico.
A zona cega é a distância mínima onde o sensor não pode medir de forma confiável. Geralmente é causado pelo toque do transdutor após a transmissão. Para detecção de curto alcance, escolha um sensor ultrassônico com uma pequena área cega.
Superfícies macias, porosas, absorventes de som, muito finas ou com ângulos acentuados podem reduzir a intensidade do eco. Espuma, tecido e objetos inclinados podem causar leituras de distância ultrassônicas fracas ou instáveis.
Sensores ultrassônicos de alcance são comumente usados em sensores de estacionamento, prevenção de obstáculos por robôs, medição de nível de líquido, automação industrial, medição de construção, detecção de tubulações e sistemas de medição de distância sem contato.
